金屬鈦的大本領(lǐng)

輕質(zhì)的鎂鋁合金在飛機(jī)制造業(yè)中所起的作用是舉足輕重的。到目前為止，它還是制造許多飛行工具的主要材料。

但是，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)的飛行速度越來越快，與飛機(jī)表面相接觸的空氣，由于摩擦生熱而使飛機(jī)表面的速度越升越高。這時候，鋁鎂合金的弱點(diǎn)就開始顯露出來了，機(jī)械強(qiáng)度迅速降低。事實(shí)也證明允許最高工作溫度為200℃左右的鋁合金，勝任不能用來制造飛行速度超過音速兩倍半的噴氣式飛機(jī)；而用耐熱的不銹鋼來制造又太笨重。

那究竟用什么材料呢？

唯一的選擇就是我們下面要結(jié)識的主角——鈦和它的合金。一般來說，飛行速度超過二三倍音速的飛機(jī)，就要用鈦合金來制造，其他的金屬很難勝任。

那么，鈦都有哪些優(yōu)異的性能呢？

鈦?zhàn)顑?yōu)良的性質(zhì)就是比重小、強(qiáng)度大，這方面它的性能比鈹還要優(yōu)越。

比如說，鈦比鐵強(qiáng)韌得多，比重卻只有鐵的一半多一點(diǎn)，而且不會生銹。鈦比鋁稍微重一點(diǎn)，強(qiáng)度卻比鋁大三倍，它的耐熱本領(lǐng)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁。鈦的比強(qiáng)度——強(qiáng)度和比重的比值——是不銹鋼的三倍半，鋁合金的一點(diǎn)三倍，鎂合金的一點(diǎn)六倍，是目前所有金屬材料中最高的。

鈦合金既能經(jīng)受住400℃～500℃以上高溫的鍛煉（這點(diǎn)鋁合金和不銹鋼差遠(yuǎn)了，鋁在150℃、不銹鋼在310℃時都會喪失原來的優(yōu)良性能），又能抗得起－100℃低溫的考驗(yàn)。因此，鈦和鈦合金已經(jīng)成為制造飛機(jī)、槍炮、船艦等現(xiàn)代武器不可缺少的材料。

例如，現(xiàn)代超音速噴氣式飛機(jī)的發(fā)動機(jī)以及機(jī)身中的防火壁、機(jī)架、艙蓋等，大部分就是用鈦合金來制造的，一架巨型噴氣式運(yùn)輸機(jī)上有上百萬個緊固件，其中用鈦量可達(dá)幾噸甚至幾十噸。有些超音速遠(yuǎn)程截?fù)魴C(jī)，用鈦量占它結(jié)構(gòu)總量的95%，所以得到了“鈦飛機(jī)”的稱號。

既輕便又強(qiáng)韌的鈦和鈦合金，還可用來制造自動步槍、迫擊炮以及裝甲車、坦克的某些零件。這樣做有很多好處，比如用鈦合金代替鋼材制造坦克的懸吊裝置和履帶之后，一下子就可以減輕重量40%，這對提高坦克的作戰(zhàn)機(jī)動能力不是太有用了嗎？

飛機(jī)之外，火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等對制作材料提出了更多更高更嚴(yán)格的要求。在這方面，又是既輕又強(qiáng)韌，并且在高、低溫條件都具有良好性能的鈦發(fā)揮了作用。

這些年來，人們研究和試制了許多新型的鈦合金，抗拉強(qiáng)度都在每平方毫米一百千克之上。這類高強(qiáng)度的鈦合金究竟用來干什么呢？

現(xiàn)在，鈦和鈦合金主要用來制造火箭、導(dǎo)彈的燃料和氧化劑的儲存箱以及其他高壓容器。另外，大量的鈦被用來制造火箭，導(dǎo)彈的外殼，及宇宙飛船的船艙等。

你們也許知道，對于上天的火箭、導(dǎo)彈和宇宙飛船來說，重量實(shí)在是特別需要精細(xì)計(jì)算的。在火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船上使用鈦和鈦合金代替鋼材后，體重可以減輕幾十到幾百千克，這樣一點(diǎn)點(diǎn)的“減輕”就能很好改善它們的飛行性能。比如，遠(yuǎn)程導(dǎo)彈每減輕一千克，可以增加射程7．7千米，末級火箭每減輕一千克，可以減少30～100千克的發(fā)射總重量，射程可增加15千米以上。由于重量減輕，還能節(jié)省大量昂貴的高級燃料，降低建造和發(fā)射的費(fèi)用。通過上面的敘述，我們會更加的明白為什么把鈦稱之為“空間金屬”？

我們手上都戴著手表，表殼閃閃發(fā)亮，無論多久也不會黯然失色。這是為什么呢？原來表殼是用抗蝕性很強(qiáng)的鎳鉻不銹鋼做的。

鈦的抗蝕本領(lǐng)比不銹鋼強(qiáng)多了。在常溫下，鈦可以安然無恙地的在各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿中“行走”。連腐蝕性最強(qiáng)的混酸——王水，也奈何不了它。特別在對海水的耐蝕性方面，鈦的能力更強(qiáng)，可與大名鼎鼎的白金相媲美。

有人曾經(jīng)把一塊鈦片沉到海底，五年以后取出來一看，上面粘了許多小動物和海底植物，卻一點(diǎn)也沒生銹，依舊亮閃閃的。

鈦耐腐蝕，所以在化學(xué)工業(yè)上常常要用到它。過去，化學(xué)反應(yīng)器中裝熱硝酸的部件都用的是不銹鋼。不銹鋼也怕那強(qiáng)烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件都要統(tǒng)統(tǒng)換掉。部件本身倒不貴，但每次更換時所花的費(fèi)用和因停工而帶來的損失，要比部件的價(jià)格高許多倍?，F(xiàn)在，用鈦來制造這些，雖然成本比不銹鋼貴一些，但是它可以連續(xù)不斷地工作五年，計(jì)算起來反而劃算得多。

大家都看過電影，可你們知道嗎，在電影的底片和正片制作中，要經(jīng)過多道工序，需用多種強(qiáng)酸強(qiáng)堿藥物，它們對洗印設(shè)備腐蝕十分嚴(yán)重。1980年西安電影制片廠首先在洗印設(shè)備上試用鈦材，結(jié)果，過去幾個月就被腐蝕平的送片齒輪，改用鈦制齒輪后，運(yùn)轉(zhuǎn)一年多時間，絲毫沒有腐蝕。

大家都知道，船艦終年航行在茫茫的大海上，水下部分必須是除銹涂漆的，否則很快就會變成“破銅爛鐵”。而如果用鈦和鈦合金來制造軍艦、潛艇、船舶的部件，那就可以避免這類麻煩和損失。用鈦制造的潛水艇，重量減輕了，可比不銹鋼制造的潛水艇潛水的深度增加80%，達(dá)到4500米以上。

鈦對液體和固體的東西都不感興趣，王水也奈何不了它，然而，鈦對氣體卻十分投緣，喜歡跟氮、氧、氫、二氧化碳、水蒸氣、甲烷等許多氣體相結(jié)合。

這個“怪脾氣”可以為我們服務(wù)。

大家都欣賞過節(jié)日夜晚五光十色的焰火嗎？這里就有鈦的一份功勞。當(dāng)鈦粉和氧氣迅速結(jié)合而燃燒的時候，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的高溫和光輝。焰火不但可以在節(jié)日里增強(qiáng)歡樂的氣氛，而且可以作為軍事上的信號彈，用來指示目標(biāo)或傳達(dá)命令。

在弧光燈中加進(jìn)適量的鈦的化合物，可以增加它的亮度。

利用鈦對空氣的強(qiáng)大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比如說，利用鈦制成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。

在冶金工業(yè)中，加少量的鈦到鋼或其他金屬里，“吃掉”里面的氣體和雜質(zhì)，能夠起到很好的脫氧除氮的作用，還能消除硫的有害影響，從而改善鋼和其他合金的機(jī)械性能，提高它們的抗蝕能力。

教室的墻壁是白的，雪是白的，紙張是白的，世界上有很多東西是白的，可你們知道世界上最白的東西是什么嗎？

世界上最白的東西是二氧化鈦，它是一種雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白有很強(qiáng)的粘附力，在常溫下很穩(wěn)定，永遠(yuǎn)是雪白雪白的，特別可貴的是鈦白無毒，不會對人體造成傷害。

一克二氧化鈦可以把四百五十多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料——鋅鋇白還要白五倍，因而是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白而且不透明，因此，鈔票紙和美術(shù)用品紙中都要加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色的橡膠的填料。

喜歡讀課外書的同學(xué)也許會知道：在海洋里，魚類一般都是成群結(jié)隊(duì)地游來游去。當(dāng)漁民駕駛著漁船來到時，它們便躲到了水下，然而，漁民卻對它們躲的地方清清楚楚，準(zhǔn)確地撒下了漁網(wǎng)。那么，漁民是怎么知道魚群躲的地方呢？

說來也簡單，漁民有一個“寶貝”，它有一雙銳利的“水下眼睛”，能透過海水“看到”魚群的位置，再把這個消息報(bào)告給漁民，它的名字叫魚群探測儀。

為什么魚群探測儀會有這么一雙銳利的“水下眼睛”呢？

原來，魚群探測儀里有一種叫做鈦酸鋇的物質(zhì)，鈦酸鋇的晶體有這么一個特別的脾氣：當(dāng)人們把它放在超聲波中時，由于超聲波對物體會產(chǎn)生一定的壓力，它受到壓力就會產(chǎn)生電流；相反，當(dāng)人們給它通電時，它又可以產(chǎn)生超聲波。

它的脾氣真是怪極了。

利用鈦酸鋇的這個怪脾氣，人們制成了魚群探測儀。漁民先讓高頻電流通過鈦酸鋇的晶體，就產(chǎn)生了超聲波，超聲波可以在水中傳播，當(dāng)超聲波碰到魚群的時候，它們中的一部分就被魚群擋了回來，鈦酸鋇接收到返回的超聲波后，就會產(chǎn)生電流。這時，記時裝置會記下超聲波往返的時間，乘上超聲波的速度，就可以計(jì)算出魚群與漁船之間的距離。

魚群探測儀就是這樣發(fā)現(xiàn)魚群的位置的。

此外，用鈦酸鋇還可以做成水底探測儀，它也有銳利的“水下眼睛”，它不只能看到魚群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。